[发明专利]一种生物法催化合成姜黄素糖苷类化合物的方法

说明书

本发明公开了一种生物法催化合成姜黄素糖苷类化合物的方法。通过将糖基转移酶基因CaUGT2及蔗糖合成酶基因AtSUS1构建到表达载体上，导入到大肠杆菌中得到重组菌株，此重组菌株进行诱导表达后其可溶性表达量比其他植物来源糖基转移酶有所提高，可对底物姜黄素进行高效催化。所述重组质粒为pRSF‑CaUGT2‑AtSUS1，在Nco I和EcoR I插入蔗糖合成酶AtSUS1基因，在Xho I和NdeI插入糖基转移酶CaUGT2，构成共表达重组质粒pRSF‑CaUGT2‑AtSUS1，将重组质粒转化至大肠杆菌BL21(DE3)感受态细胞中得到重组菌株CaUGT2‑AtSUS1，重组菌株进行诱导表达后其糖基转移酶CaUGT2可溶性表达量比其他植物来源糖基转移酶有所提高，催化合成姜黄素糖苷类化合物转化率达到98%，催化姜黄素生成姜黄素单糖苷和姜黄素双糖苷，其水溶性优于姜黄素，解决姜黄素水溶性差的问题。底物姜黄素浓度75mM，催化底物浓度较高，更适用于工业化中食品及药品行业。

技术领域

本发明属于生物工程技术领域，具体涉及到一种生物法催化合成姜黄素糖苷类化合物的方法。

背景技术

姜黄素是一种黄色素，最早在姜科植物中提取出，属于比较稀少的多酚类化合物。姜黄素的结晶为橙黄色，有苦味，不溶于水和乙醚，易溶于冰醋酸和碱溶液。姜黄素分子两端分别具有羟基，在碱性条件下，容易发生共轭效应，所以当 pH 大于 8 时，姜黄素会由黄变红。长期以来，姜黄素作为一种常用的天然植物染色素被广泛地研究和应用在食品工业中，主要广泛应用于食品罐头、肠类制品、酱油以及卤制品的加工染色。随着姜黄素研究的不断深入，研究人员发现姜黄素具有广泛的药理活性，比如抗炎、抗氧化、抗肿瘤、 抗癌、抗动脉粥样硬化等。低浓度的姜黄素通过其抗氧化特性抑制炎症的发生，高浓度的姜黄素通过其促氧化活性促使癌细胞凋亡。姜黄素通过非氧化还原机制来控制编码抗氧化剂过氧化氢酶 A 和 SOD 酶的基因的 mRNA 水平，降低细胞内抗氧化酶的含量，这些酶的减少反过来引起 ROS(活性氧)的积累，激活相关细胞信号通路，诱导癌细胞凋亡，从而发挥其抗癌作用。传统医学使用姜黄素治疗关节炎、溃疡、黄疸等疾病，随着现代医学的发展，姜黄素被越来越多地用于治疗肝脏疾病、炎症、肿瘤等。但由于其结构不稳定、水溶性差，导致姜黄素生物利用度低，从而限制了其大规模应用。

通过官能团修饰提高姜黄素的水溶性和稳定性，以提高其生物利用度，改善药代动力学，或是化学法被姜黄素形成复合物以保护活性、促进吸收、增强其抗癌能力是当前姜黄素相关研究的主攻方向。

糖苷化是提升姜黄素水溶性的一个有效手段，Yasuhisa Kaminaga 等人研究了姜黄素糖苷化物的水溶性并与天然姜黄素对比，发现姜黄素单葡萄糖苷的水溶性提高了 230倍。 相比之下，姜黄素环糊精复合物的水溶性相较于天然姜黄素的提升为 10 倍左右。因此，转化合成新的姜黄素糖苷化产物有望成为解决姜黄素水溶性差的问题的有效途径。

可以通过多种途径使姜黄素糖苷化:化学合成法、酶催化法(一锅法)、混合催化法等，其共同的难点在于控制反应的特异性和精确性。化学法采用基团保护策略以增加反应的精确性，需要耗费大量的成本与时间，且步骤繁琐。与之形成对比，使用酶催化反应具有更高的特异性以及更高的效率，且操作简单，易于自动化。